高抗硫酸鹽混凝土抗侵蝕性能研究及工程應(yīng)用

張龍 張亞峰 姜磊

摘要：論文研究了不同摻量的礦渣粉和粉煤灰在不同濃度的硫酸鹽、鎂鹽雙重侵蝕溶液作用下的抗侵蝕能力，并測(cè)定了各齡期的抗蝕系數(shù)，結(jié)果表明當(dāng)?shù)V物摻合料的摻量為25%時(shí)，混凝土能較好的抵抗侵蝕，且礦渣粉的效果優(yōu)于粉煤灰，論文根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，配制出工作性能、抗氯離子滲透及抗侵蝕性能良好的C35高抗硫酸鹽混凝土，成功應(yīng)用于某灌注樁的澆筑。

Abstract： The paper studied the anti-erosion ability of slag powder and fly ash with different concentrations under the action of different concentrations of sulfate and magnesium salts， and measured the corrosion resistance of all ages. The results showed that when the mineral admixture was 25%， the concrete can resist erosion better， and the effect of slag powder was better than fly ash. Based on the test results， the paper formulated C35 sulfate concrete with high work performance， resistance to chloride ion penetration and erosion resistance， which was successfully applied to the pouring of a cast-in-situ pile.

關(guān)鍵詞：硫酸鹽;抗蝕系數(shù);礦物摻合料;工程應(yīng)用

Key words： sulfate;corrosion resistance;mineral admixture;engineering application

中圖分類(lèi)號(hào)：TU528 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）15-0175-03

0 ?引言

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，當(dāng)今混凝土結(jié)構(gòu)工程具有大跨、高層、重載的特點(diǎn)，而且要求能在環(huán)境惡劣的條件下具有長(zhǎng)期的服役年限。但混凝土的組成材料具有多樣性、復(fù)雜性，造成工程破壞的因素也很多，因此亟需對(duì)混凝土的長(zhǎng)期性能進(jìn)行深入研究。而混凝土耐久性中一項(xiàng)重要的內(nèi)容就是硫酸鹽侵蝕，它是造成混凝土材料失效的主要因素之一，且因其危害嚴(yán)重、形成因素復(fù)雜，長(zhǎng)期以來(lái)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[1-4]。

論文以云南某高速公路橋梁為例，其段內(nèi)第三系礫巖中夾雜石膏礦，巖石表面呈灰白色、白色，屬于鹽漬巖土，經(jīng)分析檢測(cè)，石膏礦石經(jīng)取樣試驗(yàn)后具有中溶性、弱膨脹性和強(qiáng)腐蝕性，加之工程環(huán)境內(nèi)氣溫高且單點(diǎn)暴雨集中，加劇了腐蝕性離子的侵蝕速度。因此論文開(kāi)展礦物摻合料對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的研究，以期為類(lèi)似地區(qū)的工程建設(shè)提供一定的借鑒。

1 ?原材料

水泥為富民P.HSR 42.5水泥，性能指標(biāo)見(jiàn)表1;摻合料為S75級(jí)礦渣粉和Ⅱ級(jí)粉煤灰，性能指標(biāo)見(jiàn)表2和表3;砂為ISO標(biāo)準(zhǔn)砂;拌合材料使用自來(lái)水，侵蝕溶液制備使用蒸餾水。

2 ?試驗(yàn)方法及配合比

抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)：依據(jù)GB/T749-2008《水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法》中“浸泡抗蝕性能試驗(yàn)方法”（K法）進(jìn)行膠砂的抗侵蝕試驗(yàn)。表4為試驗(yàn)?zāi)z砂配合比，表5為侵蝕溶液濃度。

3 ?試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)表4所示配合比進(jìn)行試驗(yàn)，得出各組膠砂試件分別在R1、R2、R3溶液中經(jīng)2個(gè)月、4個(gè)月、6個(gè)月侵蝕后的抗蝕系數(shù)，結(jié)果如圖1～圖3所示。

由圖1～圖3可知：①各組試件經(jīng)6個(gè)月的侵蝕，其抗蝕系數(shù)隨溶液濃度的增大和齡期的延長(zhǎng)差異較大，且試件的抗蝕系數(shù)隨溶液濃度的增加表現(xiàn)出明顯的下降。②由A0組可知，在較低濃度R1溶液的侵蝕下，試件的抗蝕系數(shù)在6個(gè)月時(shí)依舊大于0.8，但在R2溶液中，抗蝕系數(shù)發(fā)生明顯下降，6個(gè)月時(shí)試件已接近破壞，進(jìn)而在R3溶液中4個(gè)月時(shí)其抗蝕系數(shù)已小于0.8，產(chǎn)生破壞，說(shuō)明在較低濃度時(shí)，僅使用高抗硫酸鹽水泥對(duì)混凝土的抗侵蝕能力有一定的改善作用，但在較高濃度侵蝕溶液中已失去作用。③礦物摻合料有助于提高混凝土抵抗侵蝕的能力，且抗侵蝕能力隨摻量的增加具有先增高后降低的發(fā)展趨勢(shì)，當(dāng)摻量為25%時(shí)，抗侵蝕效果最佳，這是由于在此摻量下，礦物摻合料不僅可以較好地發(fā)揮活性作用，試件強(qiáng)度較高，同時(shí)還能起到良好的填充效果，試件內(nèi)部致密，孔隙較少，能有效抵抗外來(lái)侵蝕介質(zhì)的滲透。④使用礦渣粉的抗侵蝕能力整體上高于粉煤灰，當(dāng)摻量為25%時(shí)，使用礦渣粉的試件（K2），在R3溶液中經(jīng)6個(gè)月侵蝕后發(fā)生破壞，而使用粉煤灰的試件（F2），在R3溶液中4個(gè)月時(shí)抗蝕系數(shù)為0.79，遭到破壞。這是因?yàn)閮烧叩幕钚圆煌?，礦渣粉的活性較粉煤灰發(fā)展快。在早期侵蝕階段，摻礦渣粉的試件強(qiáng)度較高，抗侵蝕性能的較好，而粉煤灰的活性發(fā)展較慢，隨著齡期的增加，鈣礬石等膨脹性生成物物增多，且占據(jù)主要地位，此時(shí)，使用粉煤灰的試件抗侵蝕能力就較弱[5]。

4 ?工程應(yīng)用

以云南某橋灌注樁為例，采用C35高抗硫酸鹽水泥混凝土，根據(jù)上文研究結(jié)果，采用25%的礦渣粉摻量，河砂細(xì)度模數(shù)2.8，4.75mm～22.5mm連續(xù)級(jí)配碎石，固含量15%的高性能聚羧酸減水劑，C35高抗硫酸鹽混凝土的配合比如表6所示。

結(jié)合膠砂試件的抗侵蝕性能，進(jìn)一步研究混凝土的抗氯離子滲透性能，根據(jù)《普通混凝長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》GB/T 50082-2009，選用電通量法。結(jié)果如表7所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明采用25%礦渣粉的C35高抗硫酸鹽混凝土，其致密性良好，內(nèi)部孔隙較少，抗氯離子滲透等級(jí)達(dá)到Ⅳ級(jí)，可以有效的抵抗外來(lái)介質(zhì)的滲透及侵蝕，具有良好的抗?jié)B、抗侵蝕能力。

因此，采用表5所示配合比實(shí)施灌注樁混凝土的澆筑，并對(duì)混凝土的工作性能進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表8所示。

從表8可以看出，混凝土的工作性良好，經(jīng)時(shí)損失較小，滿(mǎn)足施工要求，此次澆筑過(guò)程穩(wěn)定連續(xù)，無(wú)堵管問(wèn)題產(chǎn)生，最終順利完成灌注樁的施工。

5 ?結(jié)論

①礦物摻合料有利于提高混凝土的抗侵蝕能力，但隨著侵蝕溶液濃度提高和齡期的延長(zhǎng)，抗侵蝕能力減弱，當(dāng)?shù)V物摻合料的摻量為25%時(shí)，混凝土的抗侵蝕能力效果最佳，且礦渣粉優(yōu)于粉煤灰。

②結(jié)合試驗(yàn)研究，采用高抗硫酸鹽水泥及25%摻量的礦渣粉，經(jīng)合理的配合比設(shè)計(jì)，成功完成了灌注樁C35高抗硫酸鹽混凝土的澆筑，期間混凝土工作性良好，抗氯離子滲透性能達(dá)到Ⅳ級(jí)，綜合性能良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉建雄，楊長(zhǎng)輝，周熙，等.摻合料混凝土抗硫酸鹽性能及評(píng)價(jià)方法[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28（4）：118-120.

[2]陳波，劉雪娟，白銀，等.礦物摻合料摻量對(duì)鉆孔灌注樁混凝土耐蝕性的影響[J].水電能源科學(xué)，2016，34（7）：131-134.

[3]黃維蓉，張淑林，黃星.多元摻合料混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能試驗(yàn)研究[J].混凝土，2011（9）：64-67.

[4]李雷，唐新軍，朱鵬飛，等.高抗硫酸鹽水泥混凝土抗硫酸鹽、鎂鹽雙重侵蝕性能初探[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2016，14（3）：197-199，231.

[5]王曉波，董蕓.不同礦物摻和料混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能研究[J].人民長(zhǎng)江，2019，50（5）：156-159，175.

作者簡(jiǎn)介：張龍（1985-），男，云南昆明人，本科，工程師，研究方向?yàn)榛炷敛牧?張亞峰（1990-），男，河南洛陽(yáng)人，碩士，助理工程師，研究方向?yàn)榛炷敛牧?姜磊（1988-），男，寧夏中衛(wèi)人，碩士，工程師，研究方向?yàn)榛炷敛牧稀?/p>